JP7223493B2 - ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットシステムに関する。

従来から、ワークに対して作業を行うロボットと、ロボットを遠隔操作するための操作部とを備えるロボットシステムが知られている。このようなロボットシステムとして、例えば、特許文献１に記載の遠隔操作システムがある。

特許文献１の遠隔操作システムは、被操作装置と、その被操作装置を遠隔から操作する操作端末とを通信ネットワーク上のサーバでマッチングし、そのマッチングに従って操作端末から被操作装置を遠隔操作してタスクを実行する。

特許第５１７７１３６号公報

ところで、特許文献１に記載の遠隔操作システムは、カメラやマイクロホンなどを被操作装置側（すなわち、ロボット側）に設け、それによって得られた動画情報や音情報などを操作端末側（すなわち、操作部側）に供給する。これにより、オペレータは、ロボット側の作業状況を把握しつつ、ロボットを遠隔操作して作業を行う。しかし、このとき供給される動画情報や音情報などでは、オペレータがロボット側の作業状況を正確に把握することが困難であった。例えば、音情報の場合、工場内で発生するあらゆる騒音が供給されてしまうため、ロボット側の作業状況を正確に把握することが難しかった。その結果、特許文献１の遠隔操作システムは、所望の作業を行えない場合があるという問題があった。

そこで、本発明は、ロボット側の作業状況を正確に把握しつつ、ロボットを遠隔操作して所望の作業を確実に行うことが可能な、ロボットシステムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るロボットシステムは、ワークに対して作業を行うロボットと、前記ロボットを遠隔操作するための操作部とを備えるロボットシステムであって、前記ロボットは、ロボットアームと、前記ロボットアームに取り付けられ、ワークに対して作業を行うエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタに取り付けられた加速度センサと、を備え、前記加速度センサからの加速度信号を知覚情報として出力する知覚情報出力部をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、ロボット側の作業状況の把握に必要のない工場内の騒音などを排して、加速度センサからの加速度信号を知覚情報として知覚情報出力部から出力することができる。その結果、本発明に係るロボットシステムは、ロボット側の作業状況を正確に把握しつつ、ロボットを遠隔操作して所望の作業を確実に行うことが可能となる。

好ましくは、前記加速度センサは、前記ワークに当接する箇所又はその近傍に設けられる。

この構成によれば、本発明のロボットシステムが奏する効果を一層顕著にすることができる。

好ましくは、前記加速度センサで取得された加速度信号にフィルタをかけて特定の周波数成分のみを通過させる加速度信号処理部をさらに備え、前記知覚情報出力部は、前記特定の周波数成分の加速度信号を知覚情報として出力する。

この構成によれば、本発明のロボットシステムが奏する効果を一層顕著にすることができる。

好ましくは、前記知覚情報が音情報であり、前記知覚情報出力部は、前記加速度信号を前記音情報として出力するスピーカである。

この構成によれば、従来からある例えばマイクロホンで得られる音情報と比較して、工場内で発生するあらゆる騒音が含まれないクリアな音情報、すなわち、ノイズが少ない音情報を知覚情報出力部から出力することができる。これは、加速度センサが、マイクロホンと比較して空気振動によるノイズを拾い難いためである。したがって、例えば、エンドエフェクタがワークに擦れたときのような比較的小さな音情報などもオペレータに確実に伝えることが可能になる。

好ましくは、前記スピーカは、前記操作部又はその近傍に設けられる。

この構成によれば、オペレータがスピーカから出力される音情報を確実に聞き取ることができる。これにより、本発明のロボットシステムが奏する効果を一層顕著にすることができる。

好ましくは、前記知覚情報が加振力情報であり、前記知覚情報出力部は、前記加速度信号を前記加振力情報として出力するバイブレータであり、且つ前記操作部に設けられる。

この構成によれば、オペレータが加振力情報を知覚することができるため、ロボット側の作業状況を正確に把握しつつ、ロボットを遠隔操作して所望の作業を確実に行うことが可能となる。

本発明は、ロボット側の作業状況を正確に把握しつつ、ロボットを遠隔操作して所望の作業を確実に行うことが可能なロボットシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムの全体的な構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るロボットシステムの制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るロボットシステムを用いてワークを保持したときの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るロボットシステムを用いてワークを保持したときの平面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットシステムを用いてワークを保持したときの左側面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットシステムを用いてワークを保持したときの背面側から見た斜視図における一部拡大図である。 本発明の一実施形態に係るロボットシステムを用いてワークを保持したときの斜視図における一部拡大図である。 本発明の一実施形態に係るロボットシステムが備える操作部を底面側から見たときの斜視図である。 本発明の変形例に係る操作部を天面側から見たときの斜視図である。 本発明の他の変形例に係るトランスデューサを示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が高さ方向と幅方向とが交わる平面に沿った断面図である。

（全体的な構成）
以下、本発明の一実施形態に係るロボットシステムについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るロボットシステムの全体的な構成を示す模式図である。図２は、本発明の一実施形態に係るロボットシステムの制御系の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係るロボットシステム１０は、自動車の組み立て作業の一部を行う。具体的には、ロボットシステム１０は、作業対象物である自動車のシート部（ワークＷ）を車体に取り付ける取り付け作業を行う。

本実施形態に係るロボットシステム１０は、ワークＷに対して上記した作業を実際に行うロボット２０と、ロボット２０を遠隔操作するための操作部８０と、ロボット２０の作業状況を撮像して動画情報を取得するためのカメラ９０とを備える。

（ロボット２０）
ロボット２０は、基台２１と、基台２１に連結されるロボットアーム３０と、ロボットアーム３０の先端部に取り付けられ、ワークＷに対して作業を行うロボットハンド５０（エンドエフェクタ）と、ロボットハンド５０に取り付けられる加速度センサ６０と、自らを制御するための制御部７０とを含む。なお、図１において、ロボットハンド５０及び加速度センサ６０は、点線で囲まれたブラックボックス内に設けられる。

（ロボットアーム３０）
ロボットアーム３０は、図１に示すように、６つの関節ＪＴ１～ＪＴ６と、これらの関節によって順次連結される６つのリンク１１ａ～１１ｆとを有する多関節アームである。具体的には、第１関節ＪＴ１は、基台２１と第１リンク１１ａの基端部とを、鉛直方向に延びる軸回りに回転可能に連結する。第２関節ＪＴ２は、第１リンク１１ａの先端部と第２リンク１１ｂの基端部とを、水平方向に延びる軸回りに回転可能に連結する。第３関節ＪＴ３は、第２リンク１１ｂの先端部と第３リンク１１ｃの基端部とを、水平方向に延びる軸回りに回転可能に連結する。第４関節ＪＴ４は、第３リンク１１ｃの先端部と第４リンク１１ｄの基端部とを、第３リンク１１ｃの長手方向に延びる軸回りに回転可能に連結する。第５関節ＪＴ５は、第４リンク１１ｄの先端部と第５リンク１１ｅの基端部とを、第４リンク１１ｄの長手方向と直交する方向に延びる軸回りに回転可能に連結する。第６関節ＪＴ６は、第５リンク１１ｅの先端部と第６リンク１１ｆの基端部とを、捻れ回転可能に連結する。そして、第６リンク１１ｆの先端部（すなわち、図１において点線で囲んだブラックボックス内）には、ワークＷに対して作業を行うためのロボットハンド５０が取り付けられる。

上記した第１関節ＪＴ１、第１リンク１１ａ、第２関節ＪＴ２、第２リンク１１ｂ、第３関節ＪＴ３、及び第３リンク１１ｃから成るリンク及び関節の連結体によって、ロボットアーム３０の腕部３１が構成される。また、上記した第４関節ＪＴ４、第４リンク１１ｄ、第５関節ＪＴ５、第５リンク１１ｅ、第６関節ＪＴ６、及び第６リンク１１ｆから成るリンク及び関節の連結体によって、ロボットアーム３０の手首部３２が構成される。なお、ロボットアーム３０がロボット本体を構成する。

（ロボットハンド５０）
次に、主に図２～７を参照して、ワークＷを保持した状態を例にロボットハンド５０の構造について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るロボットシステムを用いてワークを保持したときの斜視図である。また、図４は同平面図であり、図５は同左側面図である。さらに、図６は同背面側から見た斜視図における一部拡大図であり、図７は図３の斜視図における一部拡大図である。

ここで、本実施形態に係るワークＷは、上記したように自動車に設けられるシート部であり、座部と、座部に接続される背もたれ部と、座部及び背もたれ部の背面に沿って設けられ、座部と背もたれ部を互いに接続する２本の軸部材ＡＸａ，ＡＸｂとを含む。

ロボットハンド５０は、ロボットアーム３０に取り付けられ、ワークＷに対して作業を行う。ロボットハンド５０は、図示するＸ方向に沿って延びる第１ハンド部５１と、第１ハンド部５１の下方側に連結される第２ハンド部５２とを有する。

第２ハンド部５２は、ワークＷの座部の上面に沿って延びる第１部分５２ａと、当該第１部分５２ａの前端部に接続され、且つ座部の前面に沿って延びる第２部分５２ｂと、当該第２部分５２ｂの下端部に接続され、且つ座部の底面に沿って延びる第３部分５２ｃとを有する。

上記した第１部分５２ａは、図６に示すように、下方（図中Ｚ方向の他方）へと傾斜しながら後方（図中Ｙ方向の一方）に延びる２本の支持部５５ａ，５５ｂを有する。２本の支持部５５ａ，５５ｂそれぞれは、Ｘ方向に所定の距離だけ往復動作可能である。２本の支持部５５ａ，５５ｂそれぞれの後端部（図中Ｙ方向の一方端部）は、図６に示すように、ワークＷの座部と背もたれ部の間に形成される隙間を貫通して、ワークＷの背面側まで至ることができる。

第２ハンド部５２は、図５に示すように、第１部分５２ａ、第２部分５２ｂ及び第３部分５２ｃによって、ワークＷの前端部分を保持する。また、第２ハンド部５２は、図６に示すように、支持部５５ａがワークＷの一方の軸部材ＡＸａに内側から当接して外側方向に外力を加え、且つ支持部５５ｂがワークＷの他方の軸部材ＡＸｂに内側から当接して外側方向に外力を加えることにより、ワークＷの後端部分を保持する。第２ハンド部５２は、このようにしてワークＷ全体を保持することができる。

（加速度センサ６０）
加速度センサ６０は、図７に示すように、第２ハンド部５２のうち、第１部分５２ａのＹ方向における一方端部近傍（すなわち、ワークＷの座部と背もたれ部の接続部近傍）と、第２部分５２ｂのＸ方向における一方端部近傍（すなわち、ワークＷの座部の前面の右側部分に沿った箇所）とのそれぞれに取り付けられる。このように、加速度センサ６０は、ワークＷに当接する箇所又はその近傍に設けられることが好ましい。

そして、加速度センサ６０は、ロボットハンド５０が動作することにより得られる加速度信号を操作部８０側に供給する。ここで、知覚情報とは、例えば、音情報や加振力情報などの人が知覚可能な情報のことである。

（操作部８０）
さらに、主に図２及び図８を参照して、本発明の一実施形態に係る操作部８０について説明する。図８は、本発明の一実施形態に係るロボットシステムが備える操作部を底面側から見たときの斜視図である。

操作部８０は、ロボット２０から所定の距離だけ離れて設置され、オペレータからの手動による操作指示に基づいて、ロボットアーム３０及びロボットハンド５０を遠隔操作する。図８に示すように、操作部８０は、複数のフレームが互いに接続されることにより中空の略直方体形状に形成されたベース部８１と、ベース部８１の天面側から略上方へと延びるように取り付けられる複数のマスターアーム８２と、その縁部に複数のマスターアーム８２それぞれの先端部が接続され、且つワークＷを模したワーク模型（図示せず）を設置するための主面を含むワーク模型設置部８５と、ベース部８１の天板の底面に取り付けられるスピーカ８８（知覚情報出力部）とを含む。

複数のマスターアーム８２それぞれは、その根元部分がベース部８１の天面に接続されることにより固定され、且つ少なくとも１つの関節を有する。このような構造により、複数のマスターアーム８２の先端部は、図示するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向それぞれにおいて所定の範囲内で自在に動作することが可能である。そして、ワーク模型設置部８５は、複数のマスターアーム８２それぞれの先端部に連動して自在に動作することが可能となる。

操作部８０では、オペレータにワーク模型を移動されることで操作情報を生成する。操作情報は、例えばワーク模型の位置情報及びワーク模型の姿勢情報を含む。生成された操作情報は、図２に示すようにロボット制御部７０ａに供給される。操作部８０とロボット制御部７０ａは、互いに有線により接続されてもよいし、無線により接続されてもよい。

（カメラ９０）
カメラ９０は、ロボット２０が設けられる空間に設置され、ワークＷと、ワークＷに対して作業を行うロボット２０とを撮像する。カメラ９０は、それにより撮像される画像に、少なくともワークＷ及びロボットハンド５０が含まれるように設置される。図１に示すように、本実施形態では、カメラ９０が、ワークＷを上方から撮像するように設置されるが、その設置位置は特に限定されない。カメラ９０は、制御部７０に接続される。カメラ９０と制御部７０は、互いに有線により接続されてもよいし、無線により接続されてもよい。

（制御部７０）
図２のブロック図に示すように、制御部７０は、操作部８０から供給される操作情報などに基づいてロボットアーム３０及びロボットハンド５０を制御するロボット制御部７０ａと、加速度センサ６０から供給される加速度信号を処理する加速度信号処理部７０ｂと、を含む。

ロボット制御部７０ａは、操作部８０から供給される操作情報などに基づいてロボットアーム３０及びロボットハンド５０を制御する。また、加速度信号処理部７０ｂは、加速度信号にフィルタをかけて特定の周波数領域のみを通過させる。

制御部７０は、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、論理回路等からなる演算部と、ＲＯＭやＲＡＭ等からなるメモリ部とにより構成される。

（作業態様の一例）
本実施形態に係るロボットシステム１０を用いて、ワークＷに対して作業を行う一例について説明する。

まず、操作部８０は、オペレータからの手動による操作指示を受け付けて操作情報を生成し、当該操作情報をロボット制御部７０ａに供給する。

このとき、オペレータは、モニタ（図示せず）から出力される動画情報、及びスピーカ８８から出力される音情報に基づいて、ロボット２０側の作業状況を正確に把握しつつ、操作部８０に対して操作指示を行う。ここで、モニタから出力される動画情報は、カメラ９０を用いてロボット２０の作業状況を撮像したものである。また、スピーカ８８から出力される音情報は、加速度センサ６０により得られる加速度信号に基づくものである。具体的には、加速度センサ６０は、ロボット２０が作業を行うことで加速度信号を検出し、検出した加速度信号を制御部７０の一部である加速度信号処理部７０ｂに供給する。次に、加速度信号処理部７０ｂは、加速度信号にフィルタをかけて特定の周波数成分のみ通過させ、それをスピーカ８８に供給する。スピーカ８８は、供給された特定の周波数成分の加速度信号を音情報として出力する。

そして、制御部７０は、操作部８０から供給された操作情報などに基づいてロボットアーム３０及びロボットハンド５０を制御する。

（効果）
本実施形態に係るロボットシステム１０は、ロボットハンド５０に取り付けられた加速度センサ６０と、加速度センサ６０からの加速度信号を知覚情報として出力するスピーカ８８（知覚情報出力部）とを備える。すなわち、本実施形態に係るロボットシステム１０は、加速度センサ６０から供給される加速度信号を知覚情報としてスピーカ８８から出力する。ここで、加速度センサ６０は、例えばマイクロホンなどと比較して空気振動によるノイズを拾い難い。その結果、本実施形態に係るロボットシステム１０は、ロボット２０側の作業状況を正確に把握しつつ、ロボット２０を遠隔操作して所望の作業を確実に行うことが可能となる。

さらに、本実施形態では、加速度センサ６０が、ワークＷの座部と背もたれ部の接続部近傍と、ワークＷの座部の前面に沿った箇所とのそれぞれに取り付けられる。すなわち、本実施形態では、加速度センサ６０が、ワークＷに当接する箇所又はその近傍に設けられる。これにより、上記した本実施形態に係るロボットシステム１０が奏する効果を一層顕著にすることができる。

さらに、この実施形態では、知覚情報出力部は、加速度信号を音情報として出するスピーカ８８である。これにより、本実施形態に係るロボットシステム１０は、従来からある例えばマイクロホンで得られる信号に基づいた音情報と比較して、工場内で発生するあらゆる騒音が含まれないクリアな音情報（すなわち、ノイズが少ない音情報）を出力することができる。したがって、本実施形態に係るロボットシステム１０は、例えば、ロボットハンド５０がワークＷに擦れたときのような比較的小さな音情報などもオペレータに確実に伝えることができる。

また、本実施形態では、スピーカ８８が操作部８０に設けられる。これにより、オペレータがスピーカ８８から出力される音情報を確実に聞き取ることができる。その結果、本発明のロボットシステム１０が奏する効果を一層顕著にすることができる。

さらに、本実施形態では、加速度センサ６０で取得された加速度信号にフィルタをかけて特定の周波数成分のみを通過させる加速度信号処理部７０ｂをさらに備え、スピーカ８８は、特定の周波数成分の加速度信号を音情報として出力する。

この構成によれば、本発明のロボットシステム１０が奏する効果を一層顕著にすることができる。

（変形例）
上記した一実施形態では、スピーカ８８（知覚情報出力部）が操作部８０のベース部８１の天板の底面に取り付けられる場合について説明したが、この場合に限定されない。すなわち、スピーカ８８は、操作部８０の他の部分に取り付けられてもよいし、操作部８０に取り付けられずに操作部８０の近傍に設置されてもよい。さらに、オペレータがロボット２０側の作業状況を正確に把握できる程度の十分大きな音量で音情報が出力されるのであれば、スピーカ８８は、操作部８０の近傍ではなく操作部８０から離れた位置に設置されてもよい。なお、低い帯域の周波数成分の場合、オペレータにスピーカ８８からの出力を振動として伝えることも可能である。

上記した一実施形態では、知覚情報出力部が音情報を出力するスピーカ８８である場合について説明したが、この場合に限定されない。例えば、知覚情報出力部は、オペレータに装着され、音情報を出力するヘッドホンであってもよい。

また、知覚情報出力部は、スピーカ８８やヘッドホンなどの音情報を出力するためのものに限定されず、例えば、加振力情報を出力するための図９に示すようなバイブレータ８８´であってもよい。図９は、本発明の変形例に係る操作部を天面側から見たときの斜視図である。図９に示すように、この変形例では、操作部８０のワーク模型設置部８５の上面にオペレータが把持するための平面視略矩形状の外形を有する把持体８６が設置される。把持体８６は、２つのバイブレータ８８´，８８´を有する。バイブレータ８８´，８８´それぞれには、破線で示すようなモータ８９が内蔵される。バイブレータ８８´，８８´それぞれは、当該モータ８９が回転することにより加振力情報を出力し、オペレータにロボット２０側の作業状況を伝えることができる。なお、この変形例では、バイブレータ８８´が操作部８０に内蔵される場合について説明したが、操作部８０に設けられる態様であれば、バイブレータ８８´が設けられる箇所は特に限定されない。すなわち、バイブレータ８８´は、操作部８０の外面に取り付けられる態様で操作部８０に設けられてもよい。

また、知覚情報出力部は、例えば、図１０に示すようなトランスデューサ８８´´であってもよい。図１０は、本発明の他の変形例に係るトランスデューサを示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が高さ方向と幅方向とが交わる平面に沿った断面図である。トランスデューサ８８´´は、知覚情報としての音情報及び加振力情報の両方を出力することができる知覚情報出力部である。

トランスデューサ８８´´は、磁気回路１０１と、ボビン１０５と、ボイスコイル１０６と、サスペンション１０７とを有する。磁気回路１０１は、主に、磁石１０２とインナーヨーク１０３とアウターヨーク１０４とで構成される。ボビン１０５は円筒状である。サスペンション１０７は、ボビン１０５がトランスデューサ８８´´における所定位置に配置されるように、ボビン１０５を支持する。ボビン１０５の先端には円環状部材１０９が設けられる。このような構造により、ボイスコイル１０６に電流が流れるとボビン１０５が振動する。このようなトランスデューサ８８´´を、例えば、円環状部材１０９が操作部８０の天板に当接するように図８に示すスピーカ８８と同じ態様で操作部８０に取り付けて用いることにより、オペレータに音情報及び加振力情報の少なくとも１つを伝えることが可能になる。

さらに、上記した一実施形態では、エンドエフェクタが、ワークＷを保持した上でワークＷに対して作業を行うロボットハンド５０である場合について説明したが、ワークに対して何らかの作業を行うものであれば、この場合に限定されない。例えば、エンドエフェクタは、ワークに対して任意の孔を穿設するためのドリルなどであってもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

１０ ロボットシステム
２０ ロボット
２１ 基台
３０ ロボットアーム
３１ 腕部
３２ 手首部
５０ ロボットハンド
５１ 第１ハンド部
５２ 第２ハンド部
５２ａ 第１部分
５２ｂ 第２部分
５２ｃ 第３部分
５５ａ，５５ｂ 支持部
６０ 加速度センサ
７０ 制御部
７０ａ ロボット制御部
７０ｂ 加速度信号処理部
８０ 操作部
８１ ベース部
８２ マスターアーム
８５ ワーク模型設置部
８８ スピーカ
８８´ バイブレータ
８８´´ トランスデューサ
９０ カメラ
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. ワークに対して作業を行うロボットと、前記ロボットを遠隔操作する操作部とを備えるロボットシステムであって、
   前記ロボットは、
   ロボットアームと、
   前記ロボットアームに取り付けられ、ワークに対して作業を行うエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタに取り付けられた加速度センサと、を備え、
   前記加速度センサからの加速度信号を知覚情報として出力する知覚情報出力部をさらに備え、
   前記知覚情報が、音情報であり、
   前記知覚情報出力部は、前記加速度信号自体を前記音情報として出力するスピーカ及びヘッドホンのうちの少なくともいずれかを有する、ロボットシステム。
2. 前記加速度センサは、前記ワークに当接する箇所又はその近傍に設けられる、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記加速度センサで取得された加速度信号にフィルタをかけて特定の周波数成分のみを通過させる加速度信号処理部をさらに備え、
   前記スピーカ又は前記ヘッドホンは、前記特定の周波数成分の加速度信号自体を音情報として出力する、請求項１又は２に記載のロボットシステム。
4. 前記スピーカは、前記操作部又はその近傍に設けられる、請求項１乃至３のいずれかに記載のロボットシステム。

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